Simulationsprojekt Simulation, Animation und

Simulation, Animation und Simulationsprojekt

Thema 1:

Modellierung eines Bediensystems

Dr. Henry Herper – Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg - SS 2019 Handelshochschule

Stockholm

Phasen einer Simulationsstudie

Phase ausgewählte Informatikinhalte

Auswahl und Beschreibung des Bediensystems

 Erarbeitung des System und Modell- begriffs

 Erfassung und Aufbereitung empirischer Daten

Entwicklung des abstrakten Modells

 Erlernen der Methoden von Abstraktion und Reduktion

 Arbeit mit formalen Beschreibungsmög- lichkeiten von Systemen

Implementierung des Compu- termodells

 Erlernen einer Simulationssprache bzw.

Anwendung einer bekannten Program- miersprache auf ein komplexes System

 Erlernen grundlegender Validierungstech- niken

Phasen einer Simulationsstudie

Phase ausgewählte Informatikinhalte Durchführung von Modellex-

perimenten

 Erarbeiten von Experimentierstrate- gien

 Bewerten der Ergebnisse und Ablei- ten von Eingabedaten für weitere Ex- perimente

Aufbereitung und Präsentati- on der Ergebnisse

 Erlernen von Visualisierungs- und Präsentationstechniken

 kritische Betrachtung der Ergebnisse von Berechnungen

 Erkenntnisgewinn durch Simulations- studien

Finden eines geeigneten Systems und einer geeigneten Aufgabenstellung

Auswahl und Beschreibung eines Bediensystems

• Auswahl eines Bediensystems aus dem

Erfahrungshorizont der Schüler, zum Beispiel Dienstleistungsbetrieb, Supermarkt, Tankstelle

• Erstellen einer geeigneten Aufgabenstellung, die mit dem Simulationsmodell beantwortet und anschließend validiert werden kann

• Modellerstellung und Durchführung der

Modellexperimente muss mit den zur Verfügung

stehenden Mitteln in der zur Verfügung stehenden Zeit möglich sein

Beispiel: Reales System - Tankstelle

/Quelle: http://maps.live.com//

Ziele der Simulationsstudie

• Wie viele Zapfsäulen sind notwendig, damit die

Wartezeit der Fahrzeuge in 90% der Fälle kleiner als 10 Minuten ist?

• Welche Kapazität muss der Wartebereich für Fahrzeuge haben?

• Ist es zweckmäßig, gesonderte Stellplätze für Kunden zu haben, die nur im Tankstellenshop einkaufen möchten?

• Wie viele Kassen sind notwendig?

• Verständnis der Abläufe im System.

Voraussetzung der Modellierung:

Abstraktion

reale Tankstelle

physisches Modell einer Tankstelle

Festlegen des Systemgrenzen - Umweltschnittstellen

1. Möglichkeit: Straßenabschnitt einbeziehen

2. Möglichkeit: Tankstelleneinfahrt und –ausfahrt

Prozessbegriff

Prozessbegriff:

Unter einem Prozess (lat. procedere = voranschreiten; PPP:

processus) versteht man eine definierte oder wahrscheinliche Aufeinanderfolge von Zuständen eines Systems in Abhängigkeit von den Vorbedingungen und den äußeren Einflüssen. Der Ablauf eines Prozesses kann vorgegeben sein, meist aber auch

eigenständig gestaltet werden.

Deterministische Prozesse sind solche, bei denen jeder Zustand eindeutig aus dem ihm vorangegangenen Zustand hervorgeht.

Stochastische Prozesse hingegen haben das Besondere an sich, dass die Zustände eines Systems nur mit einer gewissen

Wahrscheinlichkeit aus den ihnen vorangegangenen Zuständen folgen.

Prozesse im realen System

Hauptprozesse:

• Fahrt von der Einfahrt zur Zapfsäule bzw. zum Parkplatz für den Shop

• Tanken

• Einkaufen im Shop

• Bezahlen

• Reinigen der Scheiben

• Kaufen einer Öldose am Automaten

• Waschen des Autos

• Fahrt von der Zapfsäule, Parkplatz oder Waschanlage zum Ausgang

Handlungsfolgen im System

Ankommen

Waschen Einkaufen

Tanken

Tankstelle verlassen Bezahlen

Im Rollenspiel nachgebildete Handlungsfolge

Ankommen

Waschen Einkaufen

Tanken

Tankstelle verlassen Bezahlen

Klassen im System

• PKW

• Motorrad

• Fahrer (Person, die tankt bzw. einkauft)

• Zapfsäule

• Tankwart

• Kassierer

• Waschanlage

• Öldosenautomat

Klasse PKW

reales Fahrzeug

Lego-Modell

UML-Klasse

Animations- Klasse

/Quelle:

http://www.wikipedia.de//

Klasse Bike

reales Fahrzeug

Lego-Modell

UML-Klasse

Animations- Klasse

/Quelle:

http://www.wikipedia.de//

Anwendungsfall: Tanken

Ziel: Fahrzeug mit Treibstoff zu befüllen

Anwendungskontext: Betanken eines Fahrzeuges an einer Tankstelle durch Kraftfahrer

Bereich: Zum System gehört die Zapfsäule und der Eimer mit

Waschwasser, nicht zum System gehören Shop, Kasse, Waschanlage, Straße

Primärer Akteur: Kraftfahrer

Sekundärer Akteur: Bediener der Tankstellenanlage Betroffene (Stakeholder): andere Tankkunden

Vorbedingungen: Fahrzeug benötigt Kraftstoff, benötigter Kraftstoff ist vorhanden

Nachbedingung im Erfolgsfall: Fahrzeug bekommt benötigten Kraftstoff

Anwendungsfall: Tanken

Nachbedingung in Fehlerfällen:

• Wenn kein Treibstoff vorhanden, dann Tanken nicht möglich.

• Wenn sich der Tankdeckel nicht öffnen lässt, dann Tanken nicht möglich.

Auslöser: Fahrzeug erreicht Zapfsäule Interaktionsfolge:

Schritt 1: Fahrer verlässt das Fahrzeug,

Schritt 2: Fahrer öffnet den Tankverschluss,

Schritt 3: Fahrer wählt die Zapfpistole aus, steckt sie in den

Tankstutzen und betätigt den Starthebel, System liefert Treibstoff bis Tank voll oder Tanken abgebrochen wird und startet die

Anzeige

Schritt 4: Fahrer entnimmt die Zapfpistole und hängt sie ein Schritt 5: Fahrer verschließt den Tank.

Anwendungsfall: Tanken

Ausnahmen und Fehlerfälle (Extensions):

2: Wenn der Tankverschluss sich nicht öffnen lässt dann Störungsbeseitigung

3: Wenn Pumpe und Zählwerk nicht starten dann Mitteilung an Bedienpersonal

4: Wenn Treibstoff verschüttet wird dann Aufnahme und Beseitigung des Treibstoffes

Enthaltene (Included) Anwendungsfälle:

ggf. Reinigung der Scheiben

Ausführungszeit: 1 bis 3 Minuten

Übergeordnete Anwendungsfälle: Tankstellennutzung

Ereignisse: Tanken und Einkaufen

• Fahrzeug erreicht den Tankstellenbereich

• Welche Zapfsäule bzw. Warteschlange wird ausgewählt?

• Fahrzeug erreicht Zapfsäule bzw. Wartschlange

• Fahrer steigt aus und beginnt mit dem Tanken

• Tanken beendet, zum Tankstellenshop gehen

• Wird noch im Tankstellenshop eingekauft?

• Tankstellenshop erreicht/ Beginn Einkauf bzw. Kasse erreicht

• Beginn Bezahlen

• Ende Bezahlen

• Fahrzeug erreicht / Abfahrt / Freigabe der Zapfsäule

• Tankstellenbereich verlassen

Layout des Lego - Modells

Maßstab 1 : 50

7 m

13 m

Prozesszeiten: Tanken und Einkaufen

Prozess Dauer (s) Strecke (m) Zwischenankunftszeit der Fahrzeuge 220 ± 100

Fahrt von Eingang bis Zapfsäule 2,5 ± 0,5 18 … 24

Tanken 120 ± 60

Gehen von Zapfsäule zum Shop 15 ± 5 10 … 13

Einkaufen (20%) 110 ± 100

Bezahlen 60 ± 30

Gehen von der Kasse zum Fahrzeug 20 ± 5 15 … 19 Fahrt von Zapfsäule bis Ausgang 1,5 ± 0,5 5 … 11

Rollenspiel: Tankstelle

Nr. E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 1 ¹⁴² 144,6 144,6 227,4 239,7 244,7 244,7 261,5 281,5 283,1

2 ¹⁸⁸ 189,7 283,1

3 ²²²

E1: Erreichen Tankstelle ( ZAZ = 120 + 200 * RN1)

E2: Erreichen Zapfsäule bzw. Warteschlange ( Zeit = 2 + RN1) E3: Beginn Tanken

E4: Ende Tanken ( Zeit = 60 + 120 * RN1)

E5: Erreichen Shop/ Beginn Einkaufen ( Zeit = 10 + 10 * RN1) E6: Ende Einkaufen (E5 bzw. Zeit = 10 + 200 * RN1)

E7: Erreichen Kasse bzw. Warteschlange E8: Beginn Bezahlen

E9: Ende Bezahlen ( Zeit = 30 + 60 * RN1)

E10: Erreichen Fahrzeug ( Zeit = 15 + 10 * RN1) E11: Verlassen Tankstelle ( Zeit = 1 + RN1)